Uhrtaktgeber für 24-V-Uhren

Vorabinformation

Beschreibung für den Nachbau eines sehr einfach zu bedienenden Uhrtaktgeber für 24-V-Uhren, wie sie auf Fremo-Treffen verwendet werden. Der Taktgeber hat einen Schalter für Start/Stop/Schnell und einen Regler für die Geschwindigkeit zwischen 1:3 und 1:6.

Als Controller wird ein Teensy 2.0 und als Treiber ein L293D verwendet. Zusätzlich braucht es noch einen Spannungsregler 7805 und ein 24-V-Steckernetzteil. Der Prototype des Taktgebers wurde auf dem Fremo-Treffen in Nied 2020 getestet und funktionierte dort problemlos.

Bei dem Prototypen sind zusätzlich 3 LEDs mit 4,7k Vorwiderstand von den Ausgängen 12,13, 14 des Teensys nach +5 V verbaut (die sogenannten Angst-LEDs). An ihnen kann kontrolliert werden, ob die Ansteuerung des Treibers L293D richtig erfolgt - quasi, ob die Software die Ausgänge des Teensys richtig schaltet. Die LEDs sind im Schaltplan nicht enthalten.

Wie wird eine 24-V-Uhr angesteuert?

Der Motor in der Uhr besteht aus zwei Magnetspulen, die abwechseln bestromt werden müssen, um den Zeiger jeweils eine Minute weiter zu rücken. Damit man dafür nur 2 Anschlusskabel benötigt, sind den Spulen zwei gegenseitig gepolte Dioden vorgeschaltet. Das bedeutet, man muss zunächst einen 24-V-Impuls der einen Polarität anlegen, danach einen Impuls der anderen Polarität usw. Die Impulslänge sollte zwischen einer halben und einer ganzen Sekunde betragen. Einfache Relais-Steuerungen erzeugen manchmal keine Impulse, sondern polen eine feste Spannung jede Minute um. Diese Art der Ansteuerung wird jedoch nicht empfohlen. Die von mir verwendeten Uhren ziehen nur 6 mA (!) während des Impulses. Eine solche Uhr braucht also sehr wenig Energie und kann mit recht leistungsschwachen Treibern betrieben werden.

Schaltungsbeschreibung

Die Schaltung benötigt nur sehr wenige Bauelemente. Kern ist ein Treiberschaltkreis L293D (D steht für induktive Lasten), der 2 Paare von Leistungsverstärkern besitzt. Es wird nur die eine Hälfte des IC benutzt, also das eine Paar. Der Eingang eines Verstärkers bestimmt per LOW oder HIGH, ob der Ausgang auf Plus oder Masse gezogen wird. Ein zusätzlicher Triggereingang bestimmt für beide Verstärker, ob die Ausgänge leitend sind, oder nicht. Die Anschlüsse der Uhr hängen an den beiden Ausgängen. Alles was wir tun müssen, ist den einen Eingang auf LOW und den anderen auf HIGH zu setzen, und dann den Triggereingang für eine halbe bis eine Sekunde auf HIGH zu ziehen.

Für die Ansteuerung der 3 Eingänge des L293D werden 3 Ausgänge des Teensys verwendet (Pin 12,13,14). Ein Kippschalter mit Mittelstellung bestimmt den Modus (Start, Stop, Schnell) und hängt an den Eingängen 15 und 16 des Teensys. Für die Einstellung der Geschwindigkeit habe ich eine sehr einfache Lösung gewählt. Ein Podi hängt an dem Analogeingang A0. Der AD-Wandler setzt die 0 - 5V um in Werte zwischen 0 und 1024, die der Teensy in eine Impulsfrequenz zwischen 20 und 10 Sekunden (entspricht einer Zeitverkürzung von 1:3 bis 1:6) umgrechnet.

Für die Stromversorgung ist ein kurzschlussfestes 24-V-Steckernetzteil ausreichend, was heute sehr preiswert zu erwerben ist. Der 7805 erzeugt aus den 24 V die 5 V für Teensy und L293D. Die Schaltung zieht ca. 60 mA, was ca. 1,2 W Verlustleistung am 7805 bedeutet, der deshalb unbedingt mit einem Kühlkörper zu versehen ist. Ich habe ein paar cm Alu-U-Profil aus dem Baumarkt angeschraubt.

Beispiele, Anleitungen, Downloads

Einführung in Teensy & Co
Arduino IDE
Teensyduino Software
Pinbelegungen
Datenblatt L293D

Quelltext

Prototype auf Streifenlochrasterplatte